ГДЗ учебник по химии 7 класс Габриелян. §16. Вопросы. Номер №5
Что такое фильтрование и фильтрат? Какие вещества и материалы могут использоваться для изготовления фильтра?
ГДЗ учебник по химии 7 класс Габриелян. §16. Вопросы. Номер №5
Решение
Яркие футболки в нашем магазине reshalkashop.ru
Фильтрование − это процесс разделения смеси, основанный на различной растворимости в воде веществ, составляющих смесь (например, смесь поваренной соли и песка). Для разделения смеси фильтрованием ее растворяют в воде и пропускают через фильтр. Частицы твердого вещества не проходят через фильтр и оседают на нем, а вода с растворенными вещества просачивается через него.
Фильтрат − это раствор, прошедший через фильтр.
Для изготовления фильтров в зависимости от их назначения, могут использоваться:
1 ) специальная пористая бумага
2 ) ткань
3 ) вата
4 ) угольный порошок
5 ) песок
Фильтрование
Фильтрование — процесс отделения взвешенных твердых частиц в жидкостях или газах. Жидкость или газ с находящимися в них частицами твердого вещества пропускают через пористый материал (фильтр), размеры пор которого столь малы, что частицы твердого тела не проходят сквозь фильтр. Размеры пор определяют способность фильтра задерживать твердые частицы различной крупности, а также его производительность, т. е. количество жидкости, которое может быть отделено в единицу времени.
На процесс фильтрования влияют вязкость жидкости и разность давлений по обе стороны фильтра. Чем выше вязкость жидкости, тем труднее ее фильтровать. Так как вязкость жидкости понижается с повышением температуры, то горячие жидкости легче фильтровать, чем холодные. Фильтрование вязких жидкостей часто можно облегчить, разбавляя их растворителем, который по окончании фильтрования можно легко отогнать. Чем больше разность давлений, тем выше скорость фильтрования. Поэтому фильтрование часто проводят при уменьшенном или избыточном давлении. При фильтровании под давлением студнеобразных осадков последние плотно прилегают к фильтру, поры которого легко забиваются, и фильтрование прекращается.
Если размер частиц твердой фазы меньше размера пор фильтра, отфильтровать взвесь не удается. Так, обычные бумажные фильтры не задерживают мелкодисперсные частицы многих коллоидных растворов. В таких случаях перед фильтрованием коллоидный раствор нагревают или к нему добавляют электролит, что приводит к коагуляции (укрупнению частиц и образованию осадка).
Когда цель фильтрования — получение прозрачного фильтрата, а не чистого осадка, для лучшего отделения мелкодисперсных частиц от жидкости к последней прибавляют небольшое количество порошкообразного активного угля, взбалтывают и фильтруют.
Фильтрование смесей, содержащих вещества, которые забивают поры фильтра и образуют на нем вязкие слои, часто облегчается добавлением мелкого кварцевого песка, инфузорной земли, асбестового волокна, целлюлозной (бумажной) массы.
Фильтрование можно проводить различными способами, в зависимости от характера фильтруемых жидкостей и свойств твердой фазы (осадка), которую нужно отделить от жидкости или газа.
Если твердая фаза смеси легко осаждается, то большую часть ее можно удалить перед самим фильтрованием путем декантации. Декантация — наиболее простой метод разделения твердой и жидкой фаз — основана на том, что при отсутствии перемешивания твердое вещество оседает на дно сосуда и прозрачная жидкость может быть отделена сливанием с отстоявшегося осадка. Иногда декантацию можно использовать и для разделения двух твердых веществ с различной плотностью. Для промывания труднорастворимых твердых веществ часто используют декантацию с помощью сифона (рис. 118). Промывание декантацией значительно более эффективно, чем промывание осадка на фильтре, где жидкость обычно не проникает равномерно между частицами твердого вещества.
Фильтрование под действием собственного веса жидкости
Этот способ фильтрования обычно используется в тех случаях, когда отфильтрованная твердая фаза не нужна (удаление механических загрязнений из растворов), или когда жидкая фаза может быть полностью удалена многократной обработкой осадка соответствующим растворителем.
Обычное фильтрование применяют, когда приходится фильтровать горячие концентрированные растворы или растворы кристаллических веществ в летучих растворителях. При фильтровании подобных растворов в вакууме растворитель испаряется под фильтром, который резко охлаждается и забивается выделяющимися кристаллами.
В качестве фильтрующего материала, в основном, используют различные сорта фильтровальной бумаги, готовые бумажные обезжиренные и беззольные фильтры.
Фильтровальная бумага для непосредственного использования выпускается двух марок: ФНБ — быстрой фильтрации с размером пор 3,5-10 мкм и ФНС — средней скорости фильтрации с размером пор 1-2,5 мкм. Зольность бумаги этих марок — до 0,2%.
Для изготовления беззольных и обезжиренных бумажных фильтров выпускается фильтровальная бумага трех марок: ФОБ — быстрой фильтрации; ФОС — средней фильтрации; ФОМ — медленной фильтрации.
Готовые бумажные фильтры круглой формы обезжиренные (с желтой лентой) и беззольные выпускаются различного диаметра в пачках по 100 шт. Выбор размера фильтра зависит от массы отделяемого твердого вещества, а не от объема фильтруемой жидкости.
Беззольные фильтры для лабораторных работ различаются по разделительной (задерживающей) способности. Это различие определяется по цвету бумажной ленты, которой оклеивают упаковку.
Приняты следующие обозначения: белая лента — быстро фильтрующие, красная — средне фильтрующие, синяя — медленно фильтрующие, предназначенные для фильтрования мелкозернистых осадков (типа BaSO4).
Выбор марки фильтра в каждом отдельном случае зависит от свойств отделяемого твердого вещества. Очень плотными фильтрами следует пользоваться только тогда, когда это действительно необходимо.
Фильтровальную бумагу и готовые фильтры нельзя использовать для фильтрования концентрированных растворов сильных кислот или щелочей, так как при этом снижается механическая прочность фильтров.
Бумажные фильтры бывают простые и складчатые (плоеные). Для изготовления простого гладкого фильтра круглый кусок фильтровальной бумаги определенного размера складывают в четыре раза и обрезают ножницами так, чтобы получился сектор круга. Зависимость диаметра фильтра от диаметра стеклянной воронки для фильтрования представлена ниже:
Гладкий фильтр должен плотно прилегать к стенкам воронки, в особенности в верхней части. Для этого рекомендуется при складывании фильтра сгибать полукруг не по средней линии, а по близкой к ней параллельной линии.
Сложенный фильтр помещают в воронку (заполнять его осадком можно не более чем на 1/3 или 1/2), смачивают его дистиллированной водой и заполняют водой носик (трубку) воронки. Для этого фильтр приподнимают и быстро опускают. Края фильтра должны быть на 5-10 мм ниже края воронки. Мокрый фильтр осторожно прижимают к воронке. Фильтрование начинают немедленно, чтобы носик воронки оставался заполненным жидкостью. Нельзя наполнять воронку раствором более чем на 3/4 объема. Кончик носика должен касаться внутренней стенки стакана с фильтратом, чтобы предотвратить разбрызгивание.
Простые гладкие фильтры обычно используются в аналитических лабораториях для фильтрования разбавленных растворов.
Фильтрование значительно ускоряется при пользовании складчатыми фильтрами. Эти фильтры легко изготовить (рис. 119). Складки фильтра не должны подходить вплотную к его центру, иначе бумага в центре фильтра может прорваться. Готовый фильтр, вставляют в воронку так, чтобы он прилегал к ее стенкам. Если воронка имеет угол больше или меньше 60°, фильтр подгоняют к ней, изменяя положение второго сгиба. Необходимо, чтобы фильтр имел достаточно острый конец, фильтровальная бумага не была испорчена многократным сгибанием.
Прежде чем поместить приготовленный фильтр в воронку, его разворачивают и перегибают так, чтобы внешняя сторона фильтровальной бумаги оказалась на внутренней стороне фильтра. Правильно уложенный в воронку фильтр смачивают фильтруемой жидкостью или дистиллированной водой.
При фильтровании горячих растворов и употреблении воронок большого диаметра верхушка фильтра может прорваться. Для устранения этой опасности в большую воронку вставляют маленькую или специальную дырчатую фарфоровую вставку, а лучше всего фильтровать через два сложенных вместе складчатых фильтра.
Оборудование для фильтрования при атмосферном давлении и комнатной температуре несложно и состоит из воронки, фильтра, приемника и штатива. Для фильтрования горячих насыщенных растворов твердых веществ применяют широкие укороченные воронки, а для быстрого фильтрования больших объемов жидкостей — рифленые воронки, неровные стенки которых в сочетании с гладкими фильтрами увеличивают эффективную фильтрующую поверхность. Воронку укрепляют в кольце, присоединенном к лабораторному штативу, или вставляют ее непосредственно в горло колбы — приемника фильтрата. В последнем случае необходимо помещать под воронку полоску фильтровальной бумаги, чтобы воздух, вытесняемый фильтратом, мог выходить из колбы.
Часто фильтрование бывает затруднено, если между бумажным фильтром и стенкой воронки образуется прослойка воздуха (воздушный карман). Чтобы этого избежать, внутри воронки создают небольшое избыточное давление: воронку накрывают смоченным по краям куском фильтровальной бумаги и перевернутой воронкой такого же диаметра. Через трубку верхней воронки при помощи резиновой груши нагнетают воздух и тем самым устраняют воздушный карман.
Для ускорения фильтрования удлиняют трубку воронки: к носику резиновой трубкой подсоединяют стеклянную трубку того же (или немного меньшего) внутреннего диаметра. Через некоторое время вся трубка заполняется столбом фильтрата, создающим разрежение.
Сильнощелочные растворы и растворы фтористоводородной кислоты рекомендуется фильтровать через воронку из пористого полиэтилена. Для изготовления подобной воронки (рис. 120) используют две стеклянные воронки, из которых внешнюю закрывают в месте сужения пробкой, а внутреннюю в том же месте заплавляют. Смесь полиэтиленового порошка и мелкоизмельченного хлорида натрия в массовом соотношении 1:4 помещают между стенками воронок и выдерживают в сушильном шкафу при 130-150 °С. Время от времени внутреннюю воронку поворачивают при надавливании, чтобы равномерно нанести полужидкую массу на внутреннюю поверхность внешней воронки. После охлаждения внутреннюю воронку вынимают, извлекают пробку из трубки внешней воронки и спекшуюся массу промывают теплой водой для удаления хлорида натрия.
Скорость фильтрования прямо пропорциональна гидростатическому давлению фильтруемой жидкости, поэтому в процессе фильтрования больших объемов жидкостей выгодно поддерживать постоянный уровень жидкости на фильтре. На рис. 121 изображены простые самодельные устройства для автоматического доливания жидкости на фильтр. Сосуд с жидкостью закрывают чистой резиновой пробкой, снабженной трубкой для поступления жидкости и трубкой для поступления воздуха. Уровень нижнего конца трубки для поступления воздуха определяет уровень жидкости на фильтре. Если уровень понижается, то воздух проникает внутрь сосуда и выдавливает жидкость на фильтр. В результате уровень жидкости на фильтре повышается, а доступ воздуху внутрь сосуда закрывается.
Фильтрование при нагревании или охлаждении
Фильтрование при нагревании проводят, когда необходимо очистить горячие концентрированные растворы от примесей, профильтровать вязкие растворы, а также растворы, содержащие легко кристаллизующиеся при обычной температуре вещества.
В первую очередь нужно тщательно выбрать сорт фильтровальной бумаги, размер фильтра и воронки, с тем чтобы ускорить процесс. Прежде чем налить горячий раствор на фильтр, воронку с вложенным фильтром подогревают, пропуская через фильтр некоторое количество горячего чистого растворителя или пары растворителя, если его нагреть в бане до кипения. В последнем случае воронку накрывают часовым стеклом. Перед фильтрованием растворитель из приемника выливают, чтобы он не разбавлял фильтрат. На фильтре следует поддерживать высокий уровень жидкости для ускорения фильтрования.
Воронку с фильтром можно обогревать также металлической воронкой для горячего фильтрования (рис. 122, а) или воронкой, между двойными стенками которой пропускают горячую воду, водяной пар или горячий воздух (рис. 122, б). Подогрев можно также осуществить погружением электронагревателя в фильтруемый раствор, если в последнем не содержатся вещества, реагирующие с металлом.
Для равномерного нагревания стеклянной лабораторной посуды применяют также вязаные чехлы (колпаки) с электрообогревом. Они обычно изготовляются из тонкой стеклянной нити и содержат гибкий нагревательный элемент в виде тонкой проволоки или спирали.
Фильтрование при охлаждении может быть проведено в воронке, охлаждаемой льдом, или в воронке, между двойными стенками которой пропускают охлажденный солевой раствор.
Фильтрование при пониженном давлении
Фильтрование при пониженном давлении позволяет достигнуть более полного отделения твердого вещества от жидкости и увеличить скорость процесса.
Аппаратура для фильтрования под вакуумом состоит из устройства для фильтрования, приемника, водоструйного насоса и предохранительной склянки.
При фильтровании больших количеств веществ чаще всего используют дырчатые фарфоровые или щелевидные стеклянные цилиндрические воронки Бюхнера, вставленные в конические колбы для фильтрования под вакуумом с тубусом; последние присоединяются к водоструйному насосу через предохранительную склянку. Необходимо, чтобы размер воронки соответствовал количеству отфильтрованного твердого вещества, которое должно полностью покрывать поверхность фильтра. Однако слишком толстый слой осадка затрудняет отсасывание и последующее его промывание.
Фильтр для воронок Бюхнера представляет собой круглый лист фильтровальной бумаги, помещаемый на дырчатую перегородку воронки. Диаметр фильтра должен быть немного меньше, чем диаметр перегородки. На большие воронки Бюхнера обычно кладут друг на друга два фильтра. Чтобы подогнанный бумажный фильтр достаточно плотно прилегал к дырчатой перегородке воронки, его предварительно смачивают на воронке растворителем и равномерно прижимают к ней. Затем, после удаления растворителя, наливают в воронку фильтруемую смесь и отсасывают.
В случае водных растворов небольшие количества воды, используемой для смачивания фильтра, не имеют значения. В тех же случаях, когда присутствие воды недопустимо, влажный фильтр, добившись плотного его прилегания, промывают этиловым спиртом или ацетоном, а затем растворителем, присутствие которого в фильтрате допустимо. Фильтровальная бумага, смоченная органическим растворителем, не пристает к воронке так хорошо, как при смачивании водой.
Воронки Бюхнера укрепляются в конических колбах при помощи резиновых пробок или толстых плоских кусков резины, закрывающих горло колбы сверху; последние удобны тем, что не могут быть втянуты в колбу при отсасывании во время фильтрования.
Для полного отделения маточного раствора осадок на фильтре отжимают плоской поверхностью стеклянной пробки, или толстостенным цилиндром с плоским дном до тех пор, пока жидкость не перестанет капать. При этом необходимо следить, чтобы на поверхности толстого слоя осадка не образовывались трещины, так как это ведет к неполному отсасыванию маточного раствора и загрязнению осадка. Чтобы удалить остатки маточного раствора, осадок промывают на фильтре небольшими порциями растворителя при атмосферном давлении. Когда осадок на фильтре пропитается растворителем, вновь подключают вакуум для отсасывания.
При фильтровании с отсасыванием в качестве фильтрующего материала кроме обычных бумажных фильтров применяют фильтры из синтетического волокна. Так, фильтры из поливинилхлоридного или полиэфирного волокна устойчивы к действию кислот и щелочей, но разрушаются органическими растворителями.
Для отделения трудно фильтрующихся липких осадков нередко применяют асбестовую массу, которую можно уплотнить на воронке для отсасывания или тигле Гуча. Асбестовую массу готовят следующим образом: в фарфоровой ступке асбест растирают с конц. НСl, переносят массу в стакан и кипятят 20-30 мин в вытяжном шкафу. Затем разбавляют массу 20-30-кратным объемом дистиллированной воды, фильтруют на воронке Бюхнера и промывают водой до исчезновения кислой реакции в фильтрате. Затем массу высушивают при 100-120 °С и прокаливают в муфеле. Прокаленный асбест взбалтывают с водой до получения однородной массы, переносят на фильтрующую пластину воронки или тигля Гуча, отсасывают и уплотняют.
Чрезвычайно удобны для фильтрования воронки, тигли и газовые фильтры со впаянной пластинкой из спекшегося стеклянного порошка. Стеклянные фильтры служат для отделения твердых веществ от жидкостей при фильтровании и экстракции, для удаления частиц тумана из газов, для барботирования (распределения) газов в жидкостях. Стеклянные фильтры, однако, неудобны в тех случаях, когда требуется количественное выделение осадка, так как полностью снять осадок с фильтра трудно. Они не пригодны для фильтрования очень концентрированных горячих растворов щелочей и карбонатов щелочных металлов.
Пористость пластинок стеклянных фильтров и их обозначения часто менялись. По ГОСТ 9775-69 класс фильтра зависит от размера пор (табл. 8).
Типы стеклянных воронок и тиглей с пористыми фильтрами представлены на рис. 123.
Кроме стеклянных изделий с фильтрами для жидкостей изготовляются также изделия с фильтрами для фильтрования и промывания газов.
Выпускаются также фильтрующие воронки с термостатированной трубкой и термостатированной рубашкой (рис. 124). Воронки с электроподогревом предназначаются для фильтрования в нагретом состоянии кристаллизующихся и вязких при комнатной температуре растворов и суспензий. Подогрев фильтрующей воронки до 130°С исключает застывание раствора, и фильтрование протекает быстро.
Основной элемент фильтрующей воронки с электроподогревом и термостатированной трубкой — стеклянный фильтр диаметром 40 мм со впаянной тонкостенной стеклянной трубкой, куда заключен электронагреватель мощностью 30 Вт. Воронки выпускаются с фильтрами, размер которых составляет 40, 100, 160 мкм.
В фильтрующей воронке с подогревом термостатирование обеспечивается проточным теплоносителем. Объем воронки над фильтром с термостатированной трубкой — 80 мл, с термостатируемой рубашкой — 58 мл.
Для отделения жидкости от твердого вещества применяют обратную погружную фильтрующую воронку (рис. 123, г). Фильтр погружают в жидкость, и фильтрат поступает в приемник, с которым фильтр соединен. С помощью этого устройства удобно проводить фильтрование при пониженной температуре, поддерживая низкую температуру фильтруемой смеси посредством охлаждающей бани.
Чтобы отделить малые количества веществ, пользуются воронкой со стеклянным «гвоздиком», который покрывают круглым кусочком фильтровальной бумаги. Для этого конец стеклянной палочки размягчают в пламени горелки и затем расплющивают его, прижимая к ровной горизонтальной поверхности металлической пластинки. Необходимо, чтобы фильтр плотно прилегал к «гвоздику», а края фильтра на 1-2 мм загибались вдоль стенки воронки. Приемником фильтрата служит пробирка для фильтрования (с боковым отводом).
Для фильтрования веществ с низкой температурой плавления или хорошо растворимых при комнатной температуре, пользуются разрежением при охлаждении. В случае малых количеств осадка воронку и раствор предварительно охлаждают в холодильном шкафу. В других случаях воронку Бюхнера встраивают в склянку с отрезанным дном, заполняя последнюю льдом или охлаждающей смесью.
При фильтровании в атмосфере инертного газа пользуются установками, изображенными на рис. 125.
Аналитические аэрозольные фильтры АФА
Для исследования и контроля аэрозолей, содержащихся в воздухе или других газах, служат фильтры АФА. Фильтры АФА состоят из отдельного или наклеенного на опорное кольцо фильтрующего элемента и защитных бумажных колец с выступами.
В качестве фильтрующего элемента используется фильтрующий материал ФП (фильтр Петрянова) из ультратонких полимерных волокон (ацетилцеллюлозы, перхлорвинила, полистирола). Рабочая поверхность круглого сечения фильтра 3, 10, 20 и 160 см2.
Центрифугирование
Центрифугирование — один из методов разделения неоднородных систем (жидкость — жидкость, жидкость — твердые частицы); в роторах под действием центробежных сил. Центрифугирование выгодно применять, если фильтруемые вещества забивают поры фильтра, портятся при соприкосновении с фильтрующим материалом или мелкодисперсны.
Центрифугирование производят в особых аппаратах, называемых центрифугами. Основная часть центрифуги — ротор, вращающийся с большой скоростью.
Типы центрифуг многочисленны; их подразделяют прежде всего по величине фактора разделения. Он равен отношению ускорения центробежного поля, развиваемого в центрифуге, к ускорению силы тяжести. Фактор разделения — величина безразмерная. Разделяющее действие центрифуги возрастает пропорционально фактору разделения.
Фактор разделения у выпускаемых отечественной промышленностью центрифуг с электрическим приводом варьируется в пределах от 1 600 до 300 000, а частота вращения ротора — от 1000 до 50 000 об/мин.
Неоднородные системы в центрифугах разделяют либо отстаиванием, либо фильтрованием. В зависимости от этого центрифуги бывают со сплошным ротором либо с дырчатым, покрытым фильтрующим материалом.
Центрифугирование отстаиванием производят для осветления жидкости, содержащей взвешенные твердые частицы, или же для осаждения твердой фазы. Оно слагается из осаждения твердой фазы, уплотнения осадка и выделения надосадочной жидкости.
В лабораторной практике применяют различные типы центрифуг: с ручным или электрическим приводом, настольные (переносные), передвижные и стационарные. По величине фактора разделения центрифуги подразделяются на обычные (с фактором разделения меньше 3500), суперцентрифуги и ультрацентрифуги (с фактором разделения не менее 3500). Обычные центрифуги используют преимущественно для разделения низкодисперсных (крупность больше 10-50 мкм) суспензий различной концентрации. Суперцентрифуги, в основном, применяют для разделения эмульсий и высокодисперсных суспензий (крупность меньше 10 мкм). Для разделения и исследования высокодисперсных систем и высокомолекулярных соединений распространены аналитические и препаративные ультрацентрифуги с фактором разделения более 100 000. Аналитические центрифуги используются для определения молекулярной массы и степени полимеризации высокомолекулярных соединений, препаративные — для выделения веществ из растворов, которые в обычных условиях находятся в коллоидном состоянии или в виде неразделимых суспензий (белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды).
Ротор ультрацентрифуги вращается, как правило, в вакуумной камере при охлаждении (рефрижераторные центрифуги), Скорость и время вращения ротора, а также температурный режим центрифугирования контролируются электронными устройствами.
Обрабатываемый раствор помещают в специальный сосуд, который затем вращают с высокой скоростью на роторе центрифуги. При этом компоненты смеси под действием центробежной силы распределяются слоями на различную глубину (в соответствии с массами частиц); наиболее тяжелые частицы прижимаются ко дну сосуда.
При пользовании пробирочными малогабаритными переносными центрифугами с ручным или электрическим приводом суспензию помещают в стеклянные или пластмассовые пробирки, которые вращаются вокруг главной оси, будучи подвешенными на цапфах. Пробирочные центрифуги для периодического разделения малых количеств вещества могут быть двух типов. В одних пробирки удерживаются цапфами на роторе и принимают горизонтальное положение при вращении, в других они жестко укреплены под определенным углом к оси вращения (угловые роторы).
На рис. 126 показано положение пробирок при центрифугировании в угловом роторе и в роторе с качающимися стаканами.
После остановки центрифуги прозрачную жидкую фазу (фугат) сливают или отбирают при помощи пипетки. Осадок промывают и снова центрифугируют. Если из пробирки нужно извлечь максимальное количество осадка, то фугат отбрасывают, а осадок высушивают в вакуум-эксикаторе, не вынимая его из центрифужной стеклянной пробирки.
При пользовании пробирочными центрифугами пробирки из толстостенного стекла или из синтетического материала вставляют в предохранительные металлические стаканы. Дно стеклянных пробирок предохраняют прокладками из резины. Стеклянные пробирки можно наполнять до половины объема, а пробирки из синтетических материалов при больших частотах вращения ротора (5000 об/мин) следует наполнять почти доверху для того, чтобы они под действием центробежной силы не деформировались. Для обеспечения безопасности работы необходимо очень точно уравновешивать пробирки с центрифугируемой суспензией. Нарушение равновесия при больших частотах вращения может привести к повреждению ротора. Учитывая, что летучие растворители при центрифугировании могут испаряться, пробирки лучше закрывать пробками.
Роторы лабораторных пробирочных центрифуг, за исключением ручных, помещены в предохранительные металлические чехлы (крышки), чтобы не возникала угроза опасности для работающих, если пробирка со стаканом сорвется с подвесок.
Необходимо строго соблюдать указания, приводимые в заводской инструкции для данной центрифуги, нельзя превышать частоту вращения ротора, указанную в инструкции. Приводить центрифугу в движение можно лишь при закрытой предохранительной крышке; открывать крышку разрешается только после полной остановки центрифуги.
Ручная центрифуга РЦ-4. Эта центрифуга предназначена для разделения жидкостей различной плотности или для отделения от жидкостей взвешенных или взмученных в них частиц. Основные части центрифуги: чугунный корпус, внутри которого смонтированы шестерни (червячная передача), пробиркодержатель, рукоятка и струбцина. На шарнирных подвесках пробиркодержателя имеются четыре гильзы, изготовленные из карболита. Жидкости и твердые частицы, обладающие различной плотностью, при вращении распределяются в разных местах пробирки. Разделение можно проводить одновременно в четырех пробирках. За один оборот рукоятки пробиркодержатель делает восемь оборотов. Для работы центрифуга крепится зажимом на крышке лабораторного стола или на специальной подставке.
Лабораторная настольная центрифуга ЦЛН-2. Центрифуга ЦЛН-2 работает с ротором углового типа РУ 6х10. Максимальный объем центрифугируемого материала 60 см3. Частота вращения ротора 3000-8000 об/мин; интервал частоты вращения, регулируемый переключателем, равен 1000 оборотов. Фактор разделения достигает 5 500. Время разгона ротора до максимальной частоты вращения 10 мин; время торможения не более 8 мин. Время непрерывной работы 60 мин; минимальный обязательный перерыв 15 мин. Рабочая камера центрифуги закрывается крышкой с самозакрывающимся устройством. Масса центрифуги 8 кг.
При работе с центрифугой ЦЛН-2 запрещается: работать без заземления; увеличивать частоту вращения свыше 8000 об/мин; работать с открытыми крышками ротора и центрифуги; работать со стеклянными пробирками при частоте вращения ротора свыше 4000 об/мин; размещать заполненные центрифугируемым материалом пробирки не диаметрально противоположно.
Разность массы диаметрально расположенных пробирок, заполненных центрифугируемым материалом, не должна превышать 0,5 г. Плотность жидкости, разделяемой в пробирках из полимерных материалов, не должна быть более 2 г/см3, в стеклянных пробирках — не более 1,5 г/см3.
Угловая малогабаритная центрифуга ЦУМ-1. Центрифуга имеет ротор-крестовину для одновременного центрифугирования жидкостей в четырех пробирках вместимостью по 25 мл, четырех по 10 мл и восьми по 5 мл. Частота вращения ротора от 2000 до 8000 об/мин регулируется ступенчато. Фактор разделения достигает 6000. Время разгона ротора 8-10 мин. Центрифуга снабжена электрическими часами, дающими возможность устанавливать время центрифугирования от 0 до 60 мин, с последующим автоматическим торможением. Масса центрифуги 16 кг.
Материалы для фильтрации
Процесс фильтрования состоит в механическом отделении 
твердых частиц от жидкости. Для этого используют пористый материал, фильтр, который задерживает частицы примесей, но пропускает жидкость. При выборе фильтра учитывают размер частиц примеси, вид жидкости и условия фильтрации.
Фильтр должен быть выполнен из материала, который не вступает в реакцию с очищаемым раствором. Например, для фильтрации концентрированных щелочей не подходят фильтры из стекла, фарфора и кварцевого песка, так как щелочи реагируют с двуокисью кремния. В результате не только портится сам фильтр, но и фильтрат загрязняется продуктами химической реакции.
Очень многие вещества не фильтруются при нормальных температурах, поэтому их фильтруют горячими. Например, коллоидные растворы агар-агара и желатина, густые масла при нагревании становятся текучими и легко фильтруются, в то время как при нормальной температуре этот процесс часто невозможен даже под давлением.
Еще одним способом ускорить фильтрование является использование перепада давлений. Используется фильтрование под давлением и фильтрование при пониженном давлении. В последнем случае к сосуду, собирающему фильтрат, подсоединяют водоструйный насос или вакуумный насос.
Фильтрующие материалы
Материалы для фильтрования принято делить на:
- сыпучие и пористые;
- органические и неорганические.
К сыпучим относят кварцевый песок различной зернистости. К пористым — стеклянные, фарфоровые, асбестовые пластины, фильтровальную бумагу, диски из целлюлозы и т.п.
Для изготовления неорганических фильтров используются стекло, фарфор, глинозем, обожженная глина, асбест, оксид циркония, оксид тория и некоторые другие вещества. Именно неорганические фильтры применяются для фильтрации химически активных веществ и горячих расплавов и растворов
Органические фильтры: бумажные, целлюлозные, тканевые, из полимерных пленок. Обычно они применяются тогда, кода температура жидкости не превышает +100 °С.
В настоящее время появились фильтры на основе современных разработок, например, из коротковолокнистого асбеста и стекловолокнистой бумаги. Они отличаются особенной, как химической, так и термостойкостью и иногда называются «абсолютными фильтрами». Так, стекловолокнистый фильтр используют для очистки радиоактивных веществ.
Стеклянные фильтры
Большой популярностью в лабораториях и быту 
пользуются фильтры из пористого стекла. Их получают методом спекания стеклянного порошка в печи. При этом подбирается размер частиц и алгоритм нагрева, чтобы получить фильтр с определенной пористостью. Выпускаются фильтры с порами от 0,25 мм (маркировка S00, самые грубые) до 0,001 мм (S5, сверхтонкие), рассчитанные на задержание как крупного песка, так и микропримесей.
Несомненным преимуществом стеклянных фильтров является их неприхотливость, прочность и долговечность. Они применимы для многоразовой фильтрации горячих растворов, устойчивы почти ко всем кислотам, солям, органическим веществам. Не рекомендуются они только для работы с плавиковой и ортофосфорной кислотой и концентрированными щелочами.
Фильтрование — это что такое? Способы фильтрования
Очень большое количество веществ, особенно жидких и газообразных, нуждаются в фильтровании. Это обязательное условие получения чистого вещества (или настолько чистого, насколько это вообще возможно). Кроме того, в некоторых случаях целью является не очистка, а сбор отложений на фильтре, которые могут иметь намного большую ценность.
Определение
Фильтрование – это процесс разделения сравнительно однородного вещества на несколько составляющих. Как правило, из общей массы, остающейся неизменной после очистки, выделяются другие элементы. Проще всего рассматривать этот процесс на примере воды. Как известно, в современном мире пить воду, даже из якобы незагрязненных водоемов, нельзя. То, что течет из-под крана, также не подходит под определение чистой воды. Как результат, перед употреблением ее нужно прогонять через фильтр. На нем останутся вредные элементы, а конечный продукт будет если не полностью безопасным, то хотя бы не таким вредным, как оригинал.
Зачем это нужно
Про воду уже было сказано выше, больше тут добавить нечего. Если пить нефильтрованную жидкость, в которой присутствуют неоднородные смеси, ничем хорошим это не закончится. В организме будут откладываться соли (или вымываться, в зависимости от типа воды), внутрь могут проникнуть болезнетворные микроорганизмы и возникнуть многочисленные другие проблемы. В промышленности нефильтрованная вода может стать причиной поломки дорогостоящей техники. Кроме того, если вода используется в качестве одного из основных элементов производственного цикла, она должна быть максимально чистой, иначе конечный продукт будет очень далек от заявленного. Кроме воды часто фильтруют различные газы. На крупных предприятиях это нужно для того, чтобы сотрудники не слишком сильно гробили собственное здоровье. Кроме того, мало кто не знает о стандартных противогазах, способных спасти жизнь человеку (как в случае атаки противника, так и при банальном пожаре). А ведь это тоже фильтр, пусть и несколько своеобразный.
Классификация
Для лучшего усвоения темы следует назвать и рассмотреть разные типы фильтрования. Это поможет четче понимать особенности каждой разновидности, их свойства, положительные и отрицательные стороны, а также эффективность.
1. По режиму работы фильтра:
- Постоянный.
- Периодический.
Это первый вариант разделения фильтров на типы. В первом случае устройство способно долгое время стабильно работать, не требуя дополнительного обслуживания. Вернемся опять к примеру с водой. Она может течь сквозь фильтр с постоянной скоростью и не должна «заканчиваться». В таких приспособлениях обычно используется большое количество элементов, каждый из которых, не препятствуя скорости прохождения жидкости, убирает часть вредных примесей.
Второй вариант, с периодической системой работы, обычно получает какую-то объемную тару, в которой накапливается отфильтрованная вода, и уже оттуда ее можно брать для собственных нужд. Главный недостаток такого фильтра заключается в том, что при активном использовании жидкость быстро кончается, и потребуется долго ждать, пока она вновь накопится. Зато такие системы обычно намного дешевле.
2, По способу фильтрации:
- Давление.
- Вакуум.
В первом случае вода, газ или другая смесь подается в фильтр под давлением, в результате чего само вещество быстро проходит очистку, а осадок существенно уплотняется. В самых дешевых разновидностях устройств используется собственное давление смеси без дополнительных механических приспособлений. Вакуумный вариант в данном случае более выгоден, так как помогает очищать вещество с тем же успехом, но с меньшими затратами. Правда, технически его сложнее реализовать.
Фильтрование при помощи давления
Среди всех вариантов очистки это самый простой способ. Очистка воды фильтрованием при помощи этой системы выполняется очень быстро. Для упрощения процесса в самых дешевых разновидностях фильтров вода, газ или любое другое вещество, требующее очистки, подается сразу под давлением. В более дорогих устройствах могут использоваться несколько изолированных друг от друга отсеков, которые можно заменять поочередно, не останавливая работу всего устройства. И несмотря на название, лишь иногда действительно применяется система принудительного создания давления уже непосредственно внутри самого прибора.
Фильтрование при помощи вакуума
Такая система, как уже было сказано, хоть и сложнее технически, но эффективнее с точки зрения очистки и общего удобства использования. Вакуумное фильтрование подразумевает размещение определенной емкости, куда поступает нуждающаяся в обработке смесь. Далее уже под самой фильтрующей поверхностью создается вакуум, буквально вытягивающий основное вещество и оставляющий осадок. Способы фильтрования, таким образом, разделяются по системе работы, так как одним из главных недостатков считается проблема с необходимостью очистки. Используют карусельные, дисковые, барабанные и любые другие схожие механизмы, в которых составные части могут быть без проблем заменены практически мгновенно. Это позволяет поддерживать нужный уровень эффективности устройства с минимальными затратами и без его остановки.
Фильтрующие материалы
С целью избавиться от неоднородных смесей человечество с древних времен пользуется различными способами и приспособлениями. Самый древний и известный из них – песочный фильтр. Принцип его работы очень прост. Как известно, песок имеет свойство пропускать воду, но задерживать различные взвеси и другие элементы. В результате получается если не кристально чистая, то близкая к тому вода. Главный недостаток такого устройства заключается в следующем: песок слеживается и через непродолжительное время перестает выполнять свои функции, нуждаясь в замене. Позже появился более эффективный вариант, основанный на древесном или активированном угле. Конструкции на такой основе работают дольше, но все еще недостаточно хороши для полноценного длительного использования. Именно поэтому сейчас в качестве фильтрующих материалов используют такие вещества, как прессованный титан, асбест, полимеры, пористое стекло и так далее. С развитием технологий начали появляться специализированные искусственные вещества, обладающие уникальной структурой, способной качественно улавливать все вредные элементы, но пропускать основу.
Использование
Фильтрование – это процесс, с которым мы сталкиваемся в повседневной жизни постоянно. Взять ту же воду из-под крана. Прежде чем она попадает к нам в квартиру, эта жидкость сначала проходит через серьезную систему очистки и обеззараживания. Правда, конечный итог все еще неудовлетворительный (особенно в некоторых регионах), из-за чего многие ставят дополнительные фильтры уже у себя дома. Воздух, которым мы дышим в местах большого скопления людей, зачастую является кондиционированным, особенно если на улице жарко. Фактически он тот же, но прошедший через несколько фильтров, что делает его хоть немного, но чище. И подобное можно сказать практически о любой сфере деятельности человека. Курильщики вообще постоянно контактируют с фильтрами, ведь они встроены в сигареты, и без них вред для организма вообще был бы запредельным (тут, правда, виноваты скорее производители, насыщающие свои изделия не чистым табаком, а какими-то подозрительными смесями с большим количеством химикатов).
Итоги
Нельзя сказать, что какой-то из фильтров является самым эффективным. Способы фильтрации напрямую зависят от возникших требований. Например, тот же песочный фильтр часто используется для очистки бассейнов, так как там нужно работать с очень большими объемами воды, и затраты на другие разновидности изделий были бы уж слишком большими. А песок сравнительно дешев. Выбирать фильтр рекомендуется не по способу очистки, а по удобству использования, количеству загрязнений, скорости работы и многим другим критериям, ведь ни одно устройство все равно не выдает идеального результата.